JP5055008B2 - Actuator - Google Patents

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Description

本発明は、圧電体を用いたアクチュエータに係わり、特に大きな駆動力で効率良く駆動できるようにしたアクチュエータに関する。   The present invention relates to an actuator using a piezoelectric body, and more particularly to an actuator that can be efficiently driven with a large driving force.

従来のアクチュエータは、外面に圧電素子が装着された長筒状のナットと、外周面にスクリューねじを有するシャフトとを有し、シャフトがナットの内側に挿通されている。ナットに超音波振動を与えると、ナットが捩れ運動を起こし、シャフトが軸線方向に進退移動させられる。
米国特許第6,940,209号公報明細書
A conventional actuator has a long cylindrical nut having a piezoelectric element mounted on the outer surface and a shaft having a screw screw on the outer peripheral surface, and the shaft is inserted inside the nut. When ultrasonic vibration is applied to the nut, the nut causes torsional movement, and the shaft is moved back and forth in the axial direction.
US Pat. No. 6,940,209

上記特許文献1に記載のアクチュエータでは、駆動信号の駆動周波数をアクチュエータ固有の共振周波数(自己共振点)に一致させた状態で駆動されている。   The actuator described in Patent Document 1 is driven in a state where the drive frequency of the drive signal is matched with the resonance frequency (self-resonance point) unique to the actuator.

しかし、共振周波数はアクチュエータの温度変化の影響を受けやすく、周囲の環境温度が変動すると、共振周波数が所期の駆動周波数からずれ、駆動効率が低下するという問題があった。   However, the resonance frequency is easily affected by the temperature change of the actuator, and when the ambient environmental temperature fluctuates, there is a problem that the resonance frequency shifts from the intended drive frequency and the drive efficiency is lowered.

また特許文献1に記載のものは、ナットに超音波振動を与えてシャフトを軸線方向に進退移動させる構成である。一般に、ナットはシャフトに比較して径寸法が大きいために変形し難いものである。このため、ナットが駆動信号通りに駆動されず、可動体であるシャフトを移動させる効率を高め難いという問題がある。   Further, the device described in Patent Document 1 has a configuration in which ultrasonic vibration is applied to the nut to move the shaft forward and backward in the axial direction. Generally, a nut is difficult to be deformed because its diameter is larger than that of a shaft. For this reason, there is a problem that the nut is not driven according to the drive signal, and it is difficult to increase the efficiency of moving the shaft that is a movable body.

本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、駆動信号の駆動周波数をアクチュエータ側の共振周波数に一致させなくとも効率良く駆動できるようにしたアクチュエータを提供することを目的としている。   The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide an actuator that can be driven efficiently without matching the drive frequency of the drive signal with the resonance frequency on the actuator side.

また本発明は、径寸法が細く変形しやすいシャフト側に回転方向の振動を与えることにより、可動体となるナットを効率良く駆動できるようにしたアクチュエータを提供することを目的としている。   It is another object of the present invention to provide an actuator that can efficiently drive a nut serving as a movable body by applying vibration in the rotational direction to a shaft that is thin and easily deformed.

本発明は、軸線方向に延びて外周に雄ねじを有するシャフトと、前記シャフトが挿通されて前記雄ねじと噛み合う貫通孔が形成された可動部材と、前記シャフトの軸回り回転振動を与える振動発生機構と、前記振動発生機構に所定の駆動信号を与えて駆動する駆動回路とを有し、
前記振動発生機構に、膨張と収縮で前記シャフトに軸線周りの正方向への回転力と逆方向への回転力を与える複数の圧電素子が設けられ、前記駆動回路から複数の前記圧電素子に同じ駆動信号が同期して与えられ、複数の前記圧電素子が同時に膨張し且つ同時に収縮して、前記シャフトに正方向への回転力と逆方向への回転力が繰り返して与えられ、
正方向への回転力を与える時間と逆方向への回転力を与える時間との一方の時間が他方の時間よりも短く設定されて、前記可動部材が軸線方向へ移動させられることを特徴とするものである。
The present invention includes a shaft having a male thread on the outer circumference extending in the axial direction, the shaft and the movable member through-hole that meshes with the male screw is inserted is formed, the vibration generating mechanism giving rotational vibration around the axis of said shaft And a drive circuit for driving by giving a predetermined drive signal to the vibration generating mechanism ,
The vibration generating mechanism is provided with a plurality of piezoelectric elements that apply a rotational force in the forward direction and a rotational force in the reverse direction around the axis to the shaft by expansion and contraction, and the same from the drive circuit to the plurality of piezoelectric elements A driving signal is given synchronously, a plurality of the piezoelectric elements expand and contract simultaneously, and a rotational force in the forward direction and a rotational force in the reverse direction are repeatedly applied to the shaft,
One of the time for applying the rotational force in the forward direction and the time for applying the rotational force in the reverse direction is set shorter than the other time, and the movable member is moved in the axial direction. Is.

本発明では、シャフトに軸回り方向の回転振動を与えて駆動することにより、可動部材となるナットを軸線方向に移動させることができる。径寸法の細い部材であるシャフトを振動させることにより、可動体を軸線方向に効率よく進退移動させることが可能となる。   In the present invention, the nut serving as the movable member can be moved in the axial direction by driving the shaft by applying rotational vibration in the direction around the axis. By vibrating the shaft, which is a member having a small diameter, it is possible to efficiently move the movable body forward and backward in the axial direction.

上記手段では、より大きな駆動力で、効率良く駆動することが可能となる。しかも一つの駆動信号ですべての圧電体を駆動するため、駆動信号の駆動周波数とアクチュエータ側の共振周波数との一致を必要せず、周波数のズレによる駆動効率の低下という問題をなくすことができる。   With the above means, it is possible to drive efficiently with a larger driving force. In addition, since all the piezoelectric bodies are driven by one drive signal, it is not necessary to match the drive frequency of the drive signal and the resonance frequency on the actuator side, and the problem of reduction in drive efficiency due to frequency deviation can be eliminated.

また上記においては、前記圧電体が、一枚の圧電素子からなる単層型、または複数の圧電素子が積層された積層型であるものとすることができる。   In the above, the piezoelectric body may be a single layer type composed of a single piezoelectric element or a multilayer type in which a plurality of piezoelectric elements are laminated.

単層型の場合には、小型化または薄型化に適した振動発生機構することができる。一方、積層型とした場合には、圧電体全体としての厚み方向への変位量および駆動力を単層型よりも大きくすることが可能となる。   In the case of a single layer type, a vibration generating mechanism suitable for downsizing or thinning can be provided. On the other hand, in the case of the laminated type, the displacement amount and driving force in the thickness direction of the entire piezoelectric body can be made larger than that of the single layer type.

また前記可動部材の先端に、先端方向に向かって突出する凸面または半球面からなるキャップが設けられているものが好ましい。   Further, it is preferable that a cap made of a convex surface or a hemispherical surface protruding toward the distal end is provided at the distal end of the movable member.

上記手段では、可動部材の先端が何らかの部材に当接しても、可動部材自体の回転が停止することがなく、回転方向の振動を継続して行なうことができる。   In the above means, even if the tip of the movable member comes into contact with any member, the rotation of the movable member itself does not stop, and vibration in the rotation direction can be continuously performed.

さらには、前記シャフトの表面と前記貫通孔の内面の一方に雄ねじが形成され、他方に雌ねじが形成されており、前記雄ねじと前記雌ねじとの間で且つ前記軸線方向と直交する径方向に所定のクリアランスが設けられているものが好ましい。   Furthermore, a male screw is formed on one of the surface of the shaft and the inner surface of the through-hole, and a female screw is formed on the other, and a predetermined distance between the male screw and the female screw and in a radial direction orthogonal to the axial direction is predetermined. Those provided with a clearance of 2 are preferable.

上記手段では、シャフトの回転速度が低速のときには、可動部材はシャフトとともに回転するが、高速で反転したときにはシャフトのみが回転するため、可動部材を軸線方向に移動させることができる。   In the above means, when the rotational speed of the shaft is low, the movable member rotates together with the shaft. However, when the shaft is reversed at high speed, only the shaft rotates, so that the movable member can be moved in the axial direction.

また前記可動部材の基部と前記シャフトの外面に、互いに掛止し合うストッパがそれぞれ設けられているものが好ましい。   Moreover, it is preferable that the base of the movable member and the outer surface of the shaft are respectively provided with stoppers that engage with each other.

上記手段では、シャフトの基端部側への可動部材を制限し、可動部材がシャフトにロックされてしまうことが防止できるため、駆動効率の低下を未然に防止することができる。   In the above means, the movable member to the proximal end portion side of the shaft can be restricted and the movable member can be prevented from being locked to the shaft, so that the driving efficiency can be prevented from being lowered.

本発明のアクチュエータでは、径寸法が細く変形しやすいシャフト側に回転方向の振動を与えることにより、可動体となるナットを効率良く駆動することが可能となる。このため、無理に駆動信号の駆動周波数をアクチュエータ側の共振周波数に一致させる必要がない。   In the actuator according to the present invention, it is possible to efficiently drive the nut serving as the movable body by applying vibration in the rotational direction to the shaft side whose diameter is thin and easily deformed. For this reason, it is not necessary to force the drive frequency of the drive signal to coincide with the resonance frequency on the actuator side.

図1は本発明の第1の実施の形態を示すアクチュエータの斜視図である。
本発明におけるアクチュエータは大きな推進力を発揮するため、例えば携帯電話機に搭載されたカメラレンズを光軸方向に沿って移動させる手段としての利用が考えられるが、その他に利用するものであっても構わない。
FIG. 1 is a perspective view of an actuator showing a first embodiment of the present invention.
Since the actuator according to the present invention exerts a large driving force, it can be used as a means for moving a camera lens mounted on a mobile phone along the optical axis direction, for example. Absent.

まず、本発明の第1の実施の形態の構成について説明する。
図1に示すように、第1の実施の形態に示すアクチュエータ10は、軸線方向(Z方向)に延びるシャフト11と、このシャフト11の軸線方向に移動自在に設けられた可動部材12と、可動部材12を移動させるための振動を発生させる振動発生機構20を有している。
First, the configuration of the first exemplary embodiment of the present invention will be described.
As shown in FIG. 1, the actuator 10 shown in the first embodiment includes a shaft 11 extending in the axial direction (Z direction), a movable member 12 movably provided in the axial direction of the shaft 11, and a movable member. A vibration generating mechanism 20 that generates vibration for moving the member 12 is provided.

シャフト11の一方(先端側)の外周面には所定のピッチからなる雄ねじ11aが形成されている。可動部材12は円筒状または角筒状で形成されており、可動部材12にはその中心を軸線方向に貫く貫通穴からなる孔12Aが設けられている。孔12Aの内面には、雄ねじ11aに噛み合うことが可能な雌ねじ12aが形成されている。ただし、孔12Aの内径寸法は、シャフト11の外形寸法よりも僅かに大きく、雄ねじ11aと雌ねじ12aとの間には所定のクリアランス(隙間)が確保されている。このため、シャフト11は孔12A内に挿通された状態において、軸と直交する方向に僅かな移動余裕を有している。 A male screw 11a having a predetermined pitch is formed on one (tip side) outer peripheral surface of the shaft 11. The movable member 12 is formed in a cylindrical shape or a rectangular tube shape, and the movable member 12 is provided with a hole 12A including a through hole penetrating the center in the axial direction. A female screw 12a that can mesh with the male screw 11a is formed on the inner surface of the hole 12A. However, the inner diameter dimension of the hole 12A is slightly larger than the outer dimension of the shaft 11, and a predetermined clearance (gap) is secured between the male screw 11a and the female screw 12a. For this reason, the shaft 11 has a slight movement margin in a direction perpendicular to the axis in a state where the shaft 11 is inserted into the hole 12A.

シャフト11の他方の端部には振動発生機構20が設けられている。この実施の形態に示す振動発生機構20は、シャフト11の他方の端部(基端部)に一体的に形成された立方体形状の台座13と、複数の圧電素子(ピエゾ素子)を有している。   A vibration generating mechanism 20 is provided at the other end of the shaft 11. The vibration generating mechanism 20 shown in this embodiment has a cubic base 13 integrally formed on the other end (base end) of the shaft 11 and a plurality of piezoelectric elements (piezo elements). Yes.

この実施の形態に示すものでは、薄板状からなる4つの圧電体21,22,23,24が、台座13の4つの側面に垂直に設けられている。4つの圧電体21,22,23,24は薄い圧電素子(ピエゾ素子)で形成されており、各圧電素子の両面に電極を形成する平行な金属板が貼り合わせた単層型(モノモルフ型ともいう)の圧電体である。   In this embodiment, four piezoelectric bodies 21, 22, 23, 24 having a thin plate shape are provided perpendicularly to the four side surfaces of the base 13. The four piezoelectric bodies 21, 22, 23, and 24 are formed of thin piezoelectric elements (piezo elements), and a single layer type (monomorph type) in which parallel metal plates forming electrodes are bonded to both surfaces of each piezoelectric element. This is a piezoelectric body.

4つの圧電体21,22,23,24は面と平行をなす方向(シャフト11の軸に直交する方向)に伸縮可能である。4つの圧電体21,22,23,24は、その一方の端部が台座13の4つの側面の一方の縁部(側面に向かって右側の縁部)にそれぞれ固定され、4つの圧電体21,22,23,24の他方の端部は図示しない筐体などに固定部にそれぞれ固定されている。   The four piezoelectric bodies 21, 22, 23, and 24 can expand and contract in a direction parallel to the surface (a direction orthogonal to the axis of the shaft 11). One end of each of the four piezoelectric bodies 21, 22, 23, and 24 is fixed to one edge of the four side surfaces of the pedestal 13 (the right edge toward the side surface). , 22, 23, 24 are fixed to the fixing portion by a housing (not shown) or the like.

4つの圧電体21,22,23,24は、すべての圧電体が同時に膨張し、またすべての圧電体が同時に収縮するように、同期して駆動される。そして、すべての圧電体21,22,23,24が膨張するときには、シャフト11は図1にてα1方向に回転させられ、すべて圧電体21,22,23,24が収縮するときにはシャフト11は図1にてα2方向に回転させられる。   The four piezoelectric bodies 21, 22, 23, and 24 are driven in synchronism so that all the piezoelectric bodies expand simultaneously and all the piezoelectric bodies contract simultaneously. When all the piezoelectric bodies 21, 22, 23, 24 expand, the shaft 11 is rotated in the α1 direction in FIG. 1, and when all the piezoelectric bodies 21, 22, 23, 24 contract, the shaft 11 1 is rotated in the α2 direction.

なお、圧電体は互いに対称をなす一対の側面にのみ設けられる構成であってもよい。すなわち、圧電体21と圧電体22のみが設けられる構成であってもよいし、あるいは圧電体23と圧電体24のみが設けられる構成であってもよい。   The piezoelectric body may be provided only on a pair of side surfaces that are symmetrical to each other. That is, a configuration in which only the piezoelectric body 21 and the piezoelectric body 22 are provided, or a configuration in which only the piezoelectric body 23 and the piezoelectric body 24 are provided may be employed.

次に、アクチュエータ10を駆動するための駆動回路、およびこの駆動回路からアクチュエータ10に与えられる駆動信号について説明する。   Next, a drive circuit for driving the actuator 10 and a drive signal supplied from the drive circuit to the actuator 10 will be described.

図2Aはアクチュエータの駆動回路を示す構成図、図2Bは駆動信号の実施の形態を示す波形図、図2Cは駆動信号の他の実施の形態を示す波形図、図3は駆動信号に対する稼動部材とシャフトとの関係を示す図である。なお、図3では外側の白矢印がナットの位置(回転角度)を、黒矢印がシャフトの位置(回転角度)を示している。   2A is a configuration diagram showing a drive circuit of an actuator, FIG. 2B is a waveform diagram showing an embodiment of a drive signal, FIG. 2C is a waveform diagram showing another embodiment of the drive signal, and FIG. 3 is an operation member for the drive signal. It is a figure which shows the relationship between a shaft. In FIG. 3, the white arrow on the outside indicates the position (rotation angle) of the nut, and the black arrow indicates the position (rotation angle) of the shaft.

図2Aに示すように、アクチュエータの駆動回路40は、定電流源41と、チャージ用のコンデンサC1と、ディスチャージ用の半導体スイッチ42と、コンパレータ43と、増幅部44およびバッファ45を有して構成される。   As shown in FIG. 2A, the actuator drive circuit 40 includes a constant current source 41, a charging capacitor C1, a discharging semiconductor switch 42, a comparator 43, an amplifying unit 44, and a buffer 45. Is done.

コンデンサC1には定電流源41から供給される定電流で充電される。このとき、コンデンサC1の充電電圧V1[v]は図2Bに(i)で示すような一次関数(直線状)となる。コンパレータ43は充電電圧V1[v]と基準電圧Vref[v]とを比較し、充電電圧V1が基準電圧Vref[v]未満のときには、例えばLレベルの電圧を出力し、充電電圧V1が基準電圧Vref以上になるとHレベルに出力を反転させる。また半導体スイッチ42は例えばFETなどで構成されており、コンパレータ43からの出力を受けてスイッチの状態が切り換えられる。例えば、半導体スイッチ42の制御端子(ゲート端子G)にLレベルの信号が入力されたときにはスイッチの状態がON状態からOFF状態へと切り替わり、Hレベルの信号は入力されたときにはOFF状態からON状態へと切り替わる。   The capacitor C1 is charged with a constant current supplied from the constant current source 41. At this time, the charging voltage V1 [v] of the capacitor C1 is a linear function (linear) as shown by (i) in FIG. 2B. The comparator 43 compares the charging voltage V1 [v] with the reference voltage Vref [v]. When the charging voltage V1 is less than the reference voltage Vref [v], for example, an L level voltage is output, and the charging voltage V1 is the reference voltage. When Vref or higher, the output is inverted to H level. Further, the semiconductor switch 42 is composed of, for example, an FET or the like, and the state of the switch is switched by receiving an output from the comparator 43. For example, when an L level signal is input to the control terminal (gate terminal G) of the semiconductor switch 42, the switch state is switched from an ON state to an OFF state, and when an H level signal is input, the OFF state is switched to an ON state. Switch to.

半導体スイッチ42がON状態になると、半導体スイッチ42のソース−ドレイン間が短絡させられるため、コンデンサC1に充電されてた電荷が、半導体スイッチ42を介して一気に放出される。このとき、図2Bに(ii)で示すように、充電電圧V1[v]が急激に0[v]に至る。すると、充電電圧V1[v]が基準電圧Vref[v]未満となるため、半導体スイッチ42はOFF状態に切り換わる。これにより、半導体スイッチ42のソース−ドレイン間が開放させられる。よって、再び定電流源41からの定電流がコンデンサC1に流れ込み、充電電圧V1は所定の一次関数で基準電圧Vrefに達するまで充電させられる。   When the semiconductor switch 42 is turned on, the source and drain of the semiconductor switch 42 are short-circuited, so that the charge charged in the capacitor C1 is released at once through the semiconductor switch 42. At this time, as shown by (ii) in FIG. 2B, the charging voltage V1 [v] suddenly reaches 0 [v]. Then, since the charging voltage V1 [v] becomes less than the reference voltage Vref [v], the semiconductor switch 42 is switched to the OFF state. As a result, the source and drain of the semiconductor switch 42 are opened. Therefore, the constant current from the constant current source 41 again flows into the capacitor C1, and the charging voltage V1 is charged until it reaches the reference voltage Vref by a predetermined linear function.

そして、このような(i)と(ii)の動作が繰り返し行われることにより、図2Bに示すようなノコギリ波状の駆動信号S1が生成される。なお、前記駆動信号S1は、コンデンサC1の容量の大きさ、定電流の大きさ、基準電圧Vrefなどを適宜に設定することにより所望のノコギリ波とすることが可能である。また増幅部44の前にコンデンサを直列に挿入して、直流分をカットすると、駆動信号S1を図2Cに示すような波形とすることができる。本願発明では、駆動信号S1の駆動周期をアクチュエータの固有の共振周波数に一致させなくとも駆動させることが可能である。このため、周波数のズレによる駆動効率の低下という問題を無くすことができる。   Then, by repeating the operations (i) and (ii), a sawtooth drive signal S1 as shown in FIG. 2B is generated. The drive signal S1 can be a desired sawtooth wave by appropriately setting the size of the capacitor C1, the magnitude of the constant current, the reference voltage Vref, and the like. Further, if a capacitor is inserted in series before the amplifying unit 44 and the direct current component is cut, the drive signal S1 can have a waveform as shown in FIG. 2C. In the present invention, it is possible to drive the drive signal S1 without making the drive cycle of the drive signal S1 coincide with the intrinsic resonance frequency of the actuator. For this reason, the problem of a decrease in driving efficiency due to frequency deviation can be eliminated.

増幅部44は、例えば非反転増幅回路で構成されており、その後段にバッファ回路45が設けられている。バッファ回路45は、例えば一対のPNP型のトランジスタとNPN型のトランジスタとのプッシュプルからなるエミッタフォロアなどで構成される。   The amplifying unit 44 is composed of, for example, a non-inverting amplifier circuit, and a buffer circuit 45 is provided at the subsequent stage. The buffer circuit 45 is composed of, for example, an emitter follower composed of a push-pull of a pair of PNP type transistors and NPN type transistors.

増幅部44は、ノコギリ波状の駆動信号S1を所定の増幅度で増幅してバッファ回路45に与える。バッファ回路45は、増幅後の駆動信号S1に応じて圧電体に必要な電力を供給する。これにより、圧電体21,22,23,24が膨張し、または収縮させられる。   The amplifying unit 44 amplifies the sawtooth drive signal S1 with a predetermined amplification and supplies the amplified signal to the buffer circuit 45. The buffer circuit 45 supplies necessary electric power to the piezoelectric body in accordance with the amplified drive signal S1. Thereby, the piezoelectric bodies 21, 22, 23, and 24 are expanded or contracted.

図4Aないし図4Dは一対の圧電体と駆動回路との接続例を示している。図4Aおよび図4Bは可動部材が絶縁部材で形成されている場合を示し、図4Cおよび図4Dは可動部材が導電部材で形成されている場合を示している。   4A to 4D show connection examples of a pair of piezoelectric bodies and a drive circuit. 4A and 4B show a case where the movable member is formed of an insulating member, and FIGS. 4C and 4D show a case where the movable member is formed of a conductive member.

なお、図4Aないし図4Dでは対称をなす位置に設けられた一対の圧電体21,22の場合について説明するが、一対の圧電体23,24の場合も同様であり、同じ駆動信号がすべての圧電体に与えられる。   4A to 4D, the case of the pair of piezoelectric bodies 21 and 22 provided at symmetrical positions will be described. However, the same applies to the case of the pair of piezoelectric bodies 23 and 24. It is given to the piezoelectric body.

図4Aないし図4Dに示す接続例では、いずれも可動部材12の対称となる位置に設けられた一対の側面に、単層型の圧電体21,22をそれぞれ配置した例を示している。   In the connection examples shown in FIGS. 4A to 4D, single layer type piezoelectric bodies 21 and 22 are arranged on a pair of side surfaces provided at symmetrical positions of the movable member 12, respectively.

図4Aないし図4D中の矢印は、各圧電素子の分極方向を示している。なお、以下の説明においては、矢印の末端側である分極(−)から先端側である分極(+)に向かう分極方向を正方向、同じく矢印の先端側である分極(+)から末端側の分極(−)に向かう分極方向を負方向とする。   The arrows in FIGS. 4A to 4D indicate the polarization directions of the piezoelectric elements. In the following description, the polarization direction from the polarization (−) at the end of the arrow to the polarization (+) at the tip is positive, and the polarization (+) at the tip of the arrow is also from the end. The polarization direction toward the polarization (−) is the negative direction.

図4Aに示す第1の接続例では、一方の圧電体21は、分極(+)側の面の左端部が台座13の一方の面に固定されている。他方の圧電体22は、分極(−)側の面の右端部が前記一方の面と対称となる側である台座13の他方の面に固定されている。そして、駆動回路40を構成するバッファ回路45の出力部45aが、圧電体21の分極(−)側の面に設けられた電極21aと圧電体22の分極(−)側の面に設けられた電極22aの双方に接続されている。なお、圧電体21の分極(+)側の面に設けられた電極21bと圧電体22は分極(+)側の面に設けられた電極22bの双方はグランドGNDに接地されている。   In the first connection example shown in FIG. 4A, one piezoelectric body 21 has the left end portion of the surface on the polarization (+) side fixed to one surface of the pedestal 13. The other piezoelectric body 22 is fixed to the other surface of the pedestal 13, the right end of the polarization (−) side surface being symmetric with the one surface. The output portion 45a of the buffer circuit 45 constituting the drive circuit 40 is provided on the surface of the piezoelectric body 21 on the polarization (−) side and the surface of the piezoelectric body 22 on the polarization (−) side. It is connected to both electrodes 22a. It should be noted that both the electrode 21b provided on the polarization (+) side surface of the piezoelectric body 21 and the electrode 22b provided on the polarization (+) side surface of the piezoelectric body 21 are grounded to the ground GND.

駆動信号S1は、駆動回路40から一方の圧電体21を構成する電極21aと電極21bとの間、および他方の圧電体22を構成する電極22aと電極22bとの間に同じタイミングで与えられる。   The drive signal S1 is given from the drive circuit 40 between the electrodes 21a and 21b constituting one piezoelectric body 21 and between the electrodes 22a and 22b constituting the other piezoelectric body 22 at the same timing.

この実施の形態に示す圧電体21,22は、例えば圧電素子の分極方向と電圧の印加方向とが一致する(ともに正または負である)場合には、圧電体21,22は板厚方向にそれぞれ収縮し、圧電素子の分極方向と電圧の印加方向とが相違する(一方が正で且つ他方が負である)場合には板厚方向にそれぞれ膨張するような圧電体が採用されている。   In the piezoelectric bodies 21 and 22 shown in this embodiment, for example, when the polarization direction of the piezoelectric element coincides with the voltage application direction (both are positive or negative), the piezoelectric bodies 21 and 22 are in the plate thickness direction. A piezoelectric body is used that contracts and expands in the plate thickness direction when the polarization direction of the piezoelectric element is different from the voltage application direction (one is positive and the other is negative).

このため、板厚方向と直交する方向である長手方向に対しては、圧電素子の分極方向と電圧の印加方向とが一致するとき(板厚方向に収縮するとき)に膨張し、相違するとき(板厚方向に膨張するとき)に収縮することになる。   For this reason, with respect to the longitudinal direction, which is a direction perpendicular to the plate thickness direction, when the polarization direction of the piezoelectric element coincides with the voltage application direction (when contracting in the plate thickness direction), and when the difference is different (When expanding in the plate thickness direction).

したがって、駆動信号S1として周期的な信号が圧電体21,22に与えられると、圧電体21,22は駆動信号S1に同期して長手方向に伸縮を繰り返す。そして、例えば、図4Aに示すように、圧電体21,22がともに長手方向に膨張すると、台座13およびシャフト11はα1方向に回転させられ、圧電体21,22がともに長手方向に収縮するときには、シャフト11はα1方向とは逆方向となるα2方向に回転させられるという回転が繰り返される。   Therefore, when a periodic signal is given to the piezoelectric bodies 21 and 22 as the drive signal S1, the piezoelectric bodies 21 and 22 repeat expansion and contraction in the longitudinal direction in synchronization with the drive signal S1. For example, as shown in FIG. 4A, when the piezoelectric bodies 21 and 22 both expand in the longitudinal direction, the base 13 and the shaft 11 are rotated in the α1 direction, and both the piezoelectric bodies 21 and 22 contract in the longitudinal direction. The shaft 11 is repeatedly rotated in the α2 direction that is opposite to the α1 direction.

駆動信号S1が、図3に示すようなノコギリ波状の場合には、区間Tのときには、電圧は正方向に印加されるために圧電体21,22は長手方向に膨張する。また区間Tのときには電圧は負方向に印加されるために圧電体21,22は長手方向に収縮する。区間Tと区間Tとは、区間Tに比較して区間Tは極めて小さいT>>Tの関係にある。このため、圧電体21,22の長手方向の変位は、区間Tにおいては比較的長い時間をかけて低速で膨張し、区間Tにおいては瞬間的(短時間のうちに急速)に収縮するという、いわゆる順方向のインパクト駆動で駆動される。 Drive signal S1, in the case of a sawtooth waveform as shown in FIG. 3, when the interval T A, the voltage the piezoelectric 21 and 22 to be applied in the positive direction is expanded in the longitudinal direction. Also when the interval T B voltage the piezoelectric 21 and 22 to be applied in the negative direction is contracted in the longitudinal direction. The period T A and the section T B, section T B as compared to the section T A is a relation of a very small T A >> T B. Therefore, longitudinal displacement of the piezoelectric element 21 expands at a low speed over relatively long time in the interval T A, in the section T B shrinks instantaneously (rapidly in a short time) It is driven by so-called forward impact driving.

なお、前記駆動信号S1の1周期は、例えば0.2msecであり、この場合の区間Tは0.19985msec、区間Tは150nsecである。 Incidentally, one cycle of the driving signal S1 is, for example, 0.2 msec, the interval T A in this case 0.19985Msec, interval T B is 150 nsec.

図3中のaないしeに示すように、区間Tにおいてはシャフト11が低速でα1方向に回転するため、シャフト11に噛み合っている可動部材12がシャフト11の回転に追従して一緒にα1方向に回転させられる。他方、区間Tにおいては可動部材12が急激に反転してα2方向に逆回転するが、α2方向へ回転する初期においては、可動部材12には区間Tでの回転動作によるα1方向への慣性力が作用している。しかも、シャフト11と可動部材12とが接する部分にはクリアランスが設けられており、この部分には低速で回転するときには係数の大きな静止摩擦が支配的に作用し、反転時には係数の小さな動摩擦が支配的に作用する。さらに、α2方向への反転動作を行う区間Tは極めて短時間であり、可動部材12がα2へ回転し始めようとするときには、既にシャフト11の回転は終了し、次ぎの区間Tにおけるα1方向への回転が開始される段階にある。 It is no a in FIG. 3 as shown in e, for rotation [alpha] 1 direction the shaft 11 at low speed in the interval T A, together movable member 12 meshing with shaft 11 in accordance with the rotation of the shaft 11 [alpha] 1 Rotated in the direction. On the other hand, the movable member 12 in the section T B is reversely rotated to rapidly reversed and α2 direction, in the initial rotating the α2 direction, the movable member 12 in the α1 direction by rotation of the section T A Inertial force is acting. In addition, a clearance is provided at a portion where the shaft 11 and the movable member 12 are in contact with each other, and a static friction having a large coefficient prevails when rotating at a low speed, and a dynamic friction having a small coefficient is dominant at the time of reversal. It works in the same way. Furthermore, the section T B for performing reverse operation to the α2 direction is very short, when the movable member 12 is going Hajimeyo rotated to α2 already rotation of the shaft 11 is ended, [alpha] 1 in the next period T A It is in the stage where rotation in the direction is started.

つまり、可動部材12は、区間Tでは低速で回転するシャフト11に追従して一緒に回転するが、区間Tではシャフト11の急速な反転動作に追従しきれず、α2には回転しないか、回転しても極わずかな量となる。このため、駆動信号S1が入力され、このような一連の動作が繰り返されると、可動部材12の一方向(α1方向)への回転角度が徐々に大きくなる。なお、可動部材12は他方向(α2方向)にはまったく回転しないか、回転してもごく僅かである。そして、このような駆動信号S1を一対の圧電体21,22に与え、一対の圧電体21,22を連続的に駆動することにより、シャフト11は振動しながらα1方向に回転させられる。 That is, the movable member 12 is rotated together to follow the shaft 11 to rotate at a low speed in the section T A, can not follow the rapid inversion operation period T B In the shaft 11, or not rotate [alpha] 2, Even if it rotates, it becomes a very small amount. Therefore, when the drive signal S1 is input and such a series of operations is repeated, the rotation angle in one direction (α1 direction) of the movable member 12 gradually increases. Note that the movable member 12 does not rotate at all in the other direction (α2 direction) or very little even if rotated. The drive signal S1 is applied to the pair of piezoelectric bodies 21 and 22 and the pair of piezoelectric bodies 21 and 22 are continuously driven, whereby the shaft 11 is rotated in the α1 direction while vibrating.

シャフト11が回転すると、クリアランスを有するシャフト11側の雄ねじ11aと可動部材12側の雌ねじ12aとの噛み合いによるネジ送り動作が行われる。このため、可動部材12を軸線方向に移動させることができる。   When the shaft 11 rotates, a screw feeding operation is performed by meshing between the male screw 11a on the shaft 11 side having a clearance and the female screw 12a on the movable member 12 side. For this reason, the movable member 12 can be moved in the axial direction.

ここで区間Tと区間Tの合計をインパクト駆動の1周期とする。すると、インパクト駆動の1周期のネジ送り量、すなわちシャフト11が1往復回転したときのネジ送り量(軸線方向の移動量)は、シャフト11のα1方向の回転量とα2方向への回転量(ほぼ零)との差分に相当する移動量であり、この移動量に応じて可動部材12はシャフト11に沿って軸線方向に移動させられる。このため、この一連の動作を連続的に行ってインパクト駆動を繰り返して、回転振動を行うことにより、可動部材12をシャフト11の軸線方向(例えばZ1方向)に沿って連続的に移動させることができる。 Here the total of the interval T A and the section T B as one period of the impact drive. Then, the screw feed amount in one cycle of impact driving, that is, the screw feed amount (amount of movement in the axial direction) when the shaft 11 is reciprocated once is the amount of rotation of the shaft 11 in the α1 direction and the amount of rotation in the α2 direction ( The movable member 12 is moved in the axial direction along the shaft 11 in accordance with the amount of movement. For this reason, it is possible to continuously move the movable member 12 along the axial direction of the shaft 11 (for example, the Z1 direction) by repeating this series of operations and repeating the impact driving to perform rotational vibration. it can.

なお、可動部材12を逆方向(例えばZ2方向)に移動させたい場合には、例えば図3にて一点鎖線で示すような駆動信号S2を与えることにより、シャフト11を逆方向(α2方向)に回転させることができる。すなわち、長手方向の膨張動作を区間Tで瞬間的に行わせ、収縮動作を区間Tで比較的ゆっくりと行わせるようにすればよい(逆方向のインパクト駆動)。 When it is desired to move the movable member 12 in the reverse direction (for example, the Z2 direction), for example, by giving a drive signal S2 as shown by a one-dot chain line in FIG. Can be rotated. That is, the longitudinal direction of the expansion operation was instantaneously performed in the interval T B, relatively it may be so causing slowly (reverse impact drive) the contracting operation in the interval T A.

次に、図4Bに示す第2の接続例では、圧電体21の分極(−)側の面に設けられた電極21aの端部が台座13の表面に固定されている点で上記第1の接続例と相違している。ただし、圧電体21,22の分極方向と電圧の印加方向はともに正方向で同じである。   Next, in the second connection example shown in FIG. 4B, the end of the electrode 21 a provided on the polarization (−) side surface of the piezoelectric body 21 is fixed to the surface of the base 13. It is different from the connection example. However, the polarization direction of the piezoelectric bodies 21 and 22 and the direction of voltage application are the same in the positive direction.

この接続例においても、駆動信号S1を与えることにより順方向のインパクト駆動を実行させることができ、また駆動信号S2を与えることにより逆方向のインパクト駆動を実行させることができる。このため、上記同様に可動部材12をシャフト11に沿う軸線方向に進退自在に移動させることが可能である。   Also in this connection example, it is possible to execute the forward impact drive by giving the drive signal S1, and it is possible to execute the impact drive in the reverse direction by giving the drive signal S2. Therefore, similarly to the above, the movable member 12 can be moved in the axial direction along the shaft 11 so as to freely advance and retract.

次に、図4C,図4Dに示す第3,第4の接続例では、台座13が導電材料で形成されており、台座13を介して駆動信号S1や駆動信号S2が供給される点で相違する。   Next, the third and fourth connection examples shown in FIGS. 4C and 4D are different in that the pedestal 13 is formed of a conductive material, and the drive signal S1 and the drive signal S2 are supplied through the pedestal 13. To do.

図4Cに示す第3の接続例では、台座13の対称となる一対の側面に、圧電体21,22が上記第2の接続例と同様の構成により固定されている。すなわち、圧電体21の分極(−)側の面に設けられた電極21aの左端部が台座13の一方の側面に固定され、圧電体22の分極(−)側の面に設けられた電極22aの右端部が台座13の他方の側面に固定されている。   In the third connection example shown in FIG. 4C, the piezoelectric bodies 21 and 22 are fixed to a pair of symmetrical side surfaces of the pedestal 13 with the same configuration as in the second connection example. That is, the left end portion of the electrode 21 a provided on the polarization (−) side surface of the piezoelectric body 21 is fixed to one side surface of the base 13, and the electrode 22 a provided on the polarization (−) side surface of the piezoelectric body 22. Is fixed to the other side surface of the base 13.

図4Cに示すように、駆動回路40の出力部45aと台座13とが電気的に接続され、圧電体21の電極21bと圧電体22の電極22bがグランドGNDに接地されている。そして、圧電体21,22の分極方向と電圧の印加方向とは同じ向きに設定されている。   As shown in FIG. 4C, the output portion 45a of the drive circuit 40 and the pedestal 13 are electrically connected, and the electrode 21b of the piezoelectric body 21 and the electrode 22b of the piezoelectric body 22 are grounded to the ground GND. The polarization direction of the piezoelectric bodies 21 and 22 and the voltage application direction are set in the same direction.

第3の接続例では、駆動回路40から出力された駆動信号S1が、導電材料で形成された台座13を介して圧電体21の電極21aに供給され、同時に圧電体22の電極22aに供給される。すなわち、台座13を各電極21a,22aに駆動信号S1を供給するための受電端子または中継端子として使用することができる。   In the third connection example, the drive signal S1 output from the drive circuit 40 is supplied to the electrode 21a of the piezoelectric body 21 through the pedestal 13 formed of a conductive material, and simultaneously supplied to the electrode 22a of the piezoelectric body 22. The That is, the pedestal 13 can be used as a power receiving terminal or a relay terminal for supplying the drive signal S1 to the electrodes 21a and 22a.

次に、図4Dに示す第4の接続例では、圧電体21,22と台座13との機構的な配置関係は上記第3の接続例と同様である。ただし、第4の接続例では、圧電体21,22の分極方向と電圧の印加方向はともに異なる点で上記第3の接続例と相違している。   Next, in the fourth connection example shown in FIG. 4D, the mechanical arrangement relationship between the piezoelectric bodies 21 and 22 and the base 13 is the same as that in the third connection example. However, the fourth connection example is different from the third connection example in that the polarization directions of the piezoelectric bodies 21 and 22 are different from the voltage application direction.

すなわち、第4の接続例では、駆動回路40の出力部45aが圧電体21の分極(+)側の面に設けられた電極21bと、圧電体23の分極(+)側の面に設けられた電極22bとの双方に電気的に接続されている。また圧電体21の分極(−)側の面に設けられた電極21aと圧電体22の分極(−)側の面に設けられた電極22aとが、共通の台座13を介してグランドGNDに接地されている。   That is, in the fourth connection example, the output portion 45a of the drive circuit 40 is provided on the electrode 21b provided on the polarization (+) side surface of the piezoelectric body 21 and on the polarization (+) side surface of the piezoelectric body 23. It is electrically connected to both electrodes 22b. The electrode 21 a provided on the polarization (−) side surface of the piezoelectric body 21 and the electrode 22 a provided on the polarization (−) side surface of the piezoelectric body 22 are grounded to the ground GND via the common base 13. Has been.

第4の接続例では、駆動回路40から出力された駆動信号S1が、圧電体21の電極21bおよび圧電体22の電極22bに同じタイミングで供給される。このとき、電圧の印加方向と圧電体21,22の分極方向とは逆向きの関係にある。このため、図3に示す区間Tでは圧電体21,22が長手方向に比較的ゆっくりと収縮させられ、また区間Tでは圧電体21,22が長手方向に瞬間的に膨張させられる。すなわち、圧電体21,22は逆方向のインパクト駆動が行われ、台座13およびシャフト11が図4Dにてα2方向に回転させられる。また駆動信号S2を与えると、台座13およびシャフト11は、図4Dにてα1方向に回転させることができる。よって、駆動信号S1または駆動信号S2を連続的に与えることにより、上記同様に可動部材12をシャフト11に沿って軸線方向に進退移動させることが可能である。 In the fourth connection example, the drive signal S1 output from the drive circuit 40 is supplied to the electrode 21b of the piezoelectric body 21 and the electrode 22b of the piezoelectric body 22 at the same timing. At this time, the voltage application direction and the polarization direction of the piezoelectric bodies 21 and 22 are in a reverse relationship. Therefore, the interval T A the piezoelectric 21 and 22 shown in FIG. 3 is caused to relatively slowly shrinking in the longitudinal direction and the piezoelectric 21 and 22 in the section T B is inflated instantaneously in the longitudinal direction. That is, the piezoelectric bodies 21 and 22 are subjected to impact driving in the opposite direction, and the pedestal 13 and the shaft 11 are rotated in the α2 direction in FIG. 4D. Further, when the drive signal S2 is given, the pedestal 13 and the shaft 11 can be rotated in the α1 direction in FIG. 4D. Therefore, by continuously applying the drive signal S1 or the drive signal S2, the movable member 12 can be moved back and forth in the axial direction along the shaft 11 as described above.

次に、本発明の第2の実施の形態の構成について説明する。
図5Aは本発明の第2の実施の形態を示すアクチュエータの斜視図、図5Bは可動部材を除いた状態を示す図5Aの平面図である。
Next, the configuration of the second exemplary embodiment of the present invention will be described.
FIG. 5A is a perspective view of an actuator showing a second embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a plan view of FIG. 5A showing a state where a movable member is removed.

第2の実施の形態に示すアクチュエータ10の構成は、上記第1の実施の形態とほぼ同じである。よって、以下においては異なる部分を中心に説明する。なお、第2の実施の形態において、上記第1の実施の形態と同一の部材については同一の符号を付して説明する。   The configuration of the actuator 10 shown in the second embodiment is substantially the same as that of the first embodiment. Therefore, the following description will focus on the different parts. In the second embodiment, the same members as those in the first embodiment will be described with the same reference numerals.

図5Aに示すように、可動部材12の先端にキャップ12Bが設けられ、孔12Aの上端が閉ざされている点において、貫通する孔12Aが露出している第1の実施の形態とは相違している。キャップ12Bは、その先端が先端(Z1)方向に向かって突出する凸面または半球面で形成されている。このため、キャップ12Bの先端が何かの部材に当接しても、当接の面積は小さく、この間の摩擦係数を軽減することが可能であり、可動部材12自体の回転が停止することを防止できるようになっている。   As shown in FIG. 5A, a cap 12B is provided at the tip of the movable member 12, and the upper end of the hole 12A is closed, which is different from the first embodiment in which the through-hole 12A is exposed. ing. The cap 12B is formed of a convex surface or a hemispherical surface whose tip protrudes toward the tip (Z1) direction. For this reason, even if the tip of the cap 12B comes into contact with any member, the contact area is small, and the coefficient of friction during this time can be reduced, and the rotation of the movable member 12 itself is prevented from stopping. It can be done.

次に、シャフト11の側面にストッパ11bが設けられ、可動部材12のZ2側の底部にストッパ12bが設けられている点で相違している。ストッパ11b,12bを有しない場合には、可動部材12がシャフト11の基端部側(Z2方向)に移動させられたときに、雄ねじ11aの先端部と雌ねじ12aの最奥部とが部分的にきつく噛み合い、可動部材12がシャフト11にロックされてしまう虞がある。しかし、ストッパ11b,12bを設けた場合には、可動部材12が最もZ2方向に移動する前に、前記ストッパ11bとストッパ12bとが互いに掛止し合うことになる。このため、雄ねじ11aと雌ねじ12aとが噛み合う前に可動部材12の回転を停止させ、可動部材12の移動を制限することが可能となる。このため、可動部材12がシャフト11にロックする不具合を未然に防止することができる。よって、アクチュエータの駆動効率の低下を未然に防止することができる。   Next, the difference is that a stopper 11b is provided on the side surface of the shaft 11 and a stopper 12b is provided on the bottom of the movable member 12 on the Z2 side. When the stoppers 11b and 12b are not provided, when the movable member 12 is moved to the base end side (Z2 direction) of the shaft 11, the distal end portion of the male screw 11a and the innermost portion of the female screw 12a are partially There is a possibility that the movable member 12 is locked to the shaft 11 due to the tight engagement. However, when the stoppers 11b and 12b are provided, the stopper 11b and the stopper 12b are engaged with each other before the movable member 12 moves most in the Z2 direction. For this reason, before the male screw 11a and the female screw 12a mesh, the rotation of the movable member 12 can be stopped, and the movement of the movable member 12 can be limited. For this reason, the malfunction that the movable member 12 locks to the shaft 11 can be prevented beforehand. Accordingly, it is possible to prevent a decrease in the driving efficiency of the actuator.

さらに、第2の実施の形態では、多数の薄い圧電素子(ピエゾ素子)を、分極方向を同じ方向に揃えた状態で厚み方向に重ねて、全体として棒状に形成した積層型の圧電体21A,22Aを採用している点で相違している。なお、圧電体21A,22Aの長手方向(積層方向)の両端には電極がそれぞれ設けられている。   Furthermore, in the second embodiment, a stacked piezoelectric body 21A formed by sticking a large number of thin piezoelectric elements (piezo elements) in the thickness direction with the polarization directions aligned in the same direction as a whole. The difference is that 22A is adopted. Electrodes are provided at both ends in the longitudinal direction (stacking direction) of the piezoelectric bodies 21A and 22A.

図5Aに示すように、台座13の4つの側面のうち、互いに対向する一対の側面には、各側面からそれぞれ垂直に延びる取付面13A,13Bが設けられている。そして、この取付面13A,13Bに積層状態の圧電体21A,22Aの一方の端部に設けられた電極がそれぞれ固定されている。なお、圧電体21A,22Aの他方の端部に設けられた電極は、筐体などからなる固定部26,26にそれぞれ固定されている。取付面13Aと取付面13Bとは、シャフト11に対して軸対称の位置に設けられている。また一方の固定部26と他方の固定部26とは互いに逆側となる位置に設けられている。つまり、圧電体21Aは取付面13Aから一方の固定部26との間に設けられ、圧電体22Aは取付面13Bと他方の固定部26との間に設けられている。なお、圧電体21A,22Aは図5Aに示すような多数の薄い圧電素子(ピエゾ素子)を厚み方向に重ねて棒状に形成した積層型であってもよいし、第1の実施の形態同様に薄手の圧電素子の両面に電極を形成する平行な金属板を貼り合わせた単層型であってもよい。   As shown in FIG. 5A, mounting surfaces 13 </ b> A and 13 </ b> B extending vertically from the respective side surfaces are provided on a pair of opposing side surfaces among the four side surfaces of the pedestal 13. The electrodes provided at one end of the laminated piezoelectric bodies 21A and 22A are fixed to the mounting surfaces 13A and 13B, respectively. The electrodes provided at the other ends of the piezoelectric bodies 21A and 22A are fixed to fixing portions 26 and 26 made of a housing or the like, respectively. The attachment surface 13 </ b> A and the attachment surface 13 </ b> B are provided at positions that are axially symmetric with respect to the shaft 11. Also, one fixing part 26 and the other fixing part 26 are provided at positions opposite to each other. That is, the piezoelectric body 21A is provided between the mounting surface 13A and the one fixing portion 26, and the piezoelectric body 22A is provided between the mounting surface 13B and the other fixing portion 26. The piezoelectric bodies 21A and 22A may be a stacked type in which a large number of thin piezoelectric elements (piezo elements) as shown in FIG. 5A are stacked in the thickness direction and formed into a rod shape, as in the first embodiment. A single layer type in which parallel metal plates forming electrodes are bonded to both surfaces of a thin piezoelectric element may be used.

圧電体21A,22Aを単層型とした場合には、振動発生機構を小型化または薄型化することができる。一方、積層型とした場合には、圧電体21A,22A全体としての厚み方向への変位量および駆動力を単層型よりも大きくすることができる。   When the piezoelectric bodies 21A and 22A are of a single layer type, the vibration generating mechanism can be reduced in size or thickness. On the other hand, in the case of the laminated type, the displacement amount and driving force in the thickness direction of the piezoelectric bodies 21A and 22A as a whole can be made larger than that of the single layer type.

圧電体21A,22Aは、上記同様に個々の圧電素子が積層方向に同時に膨張し、または同時に収縮するように同期して駆動される。そして、圧電体21A,22Aが膨張するときには、シャフト11は図5Aにてα1方向に回転させられ、また圧電体21A,22Aが収縮するときにはシャフト11は図5Aにてα2方向に回転させられる。   As described above, the piezoelectric bodies 21A and 22A are driven in synchronism so that the individual piezoelectric elements simultaneously expand or contract simultaneously in the stacking direction. When the piezoelectric bodies 21A and 22A expand, the shaft 11 is rotated in the α1 direction in FIG. 5A, and when the piezoelectric bodies 21A and 22A contract, the shaft 11 is rotated in the α2 direction.

このため、上記同様に圧電体21A,22Aの駆動信号S1または駆動信号S2を連続的に与えることにより、シャフト11を順方向(α1方向)または逆方向(α2方向)にインパクト駆動することができ、可動部材12を軸線方向に進退移動させることが可能である。   Therefore, the shaft 11 can be impact driven in the forward direction (α1 direction) or the reverse direction (α2 direction) by continuously applying the drive signal S1 or the drive signal S2 of the piezoelectric bodies 21A and 22A as described above. The movable member 12 can be moved back and forth in the axial direction.

また図5Bに示すように、2つの圧電体21A,22A以外に、さらに同じ構成からなる2つの圧電体23A,24Aを、台座13の対称となる位置に形成された取付面13C,13Dにそれぞれ設けたものであってもよい。すなわち、4つの圧電体21A,22A,23A,24Aをシャフト11の軸回りに90度の角度をずらして配置した構成とするものであってもよい。この場合にも、すべての圧電体21A,22A,23A,24Aには、駆動信号S1又は駆動信号S2が同じタイミングで与えられ、これにより膨張する方向に駆動され、および収縮する方向に駆動される。例えば、駆動信号S1がすべての圧電体21A,22A,23A,24Aに同じタイミングで与えられて前記圧電体21A,22A,23A,24Aが膨張するときには、シャフト11は図5Bにてα1方向に回転させられる。また駆動信号S2がすべて圧電体21A,22A,23A,24Aに同じタイミングで与えられて、前記圧電体21A,22A,23A,24Aが収縮するときには、シャフト11は図5Bにてα2方向の回転させられる。このように圧電体23A,24Aの数を増やすと、さらに大きな駆動力でシャフト11を駆動することが可能となる。   Further, as shown in FIG. 5B, in addition to the two piezoelectric bodies 21A and 22A, two piezoelectric bodies 23A and 24A having the same configuration are respectively attached to the mounting surfaces 13C and 13D formed at symmetrical positions of the pedestal 13. It may be provided. That is, the four piezoelectric bodies 21A, 22A, 23A, and 24A may be configured so as to be shifted by 90 degrees around the axis of the shaft 11. Also in this case, all the piezoelectric bodies 21A, 22A, 23A, and 24A are given the drive signal S1 or the drive signal S2 at the same timing, thereby being driven in the expanding direction and driven in the contracting direction. . For example, when the drive signal S1 is given to all the piezoelectric bodies 21A, 22A, 23A, 24A at the same timing and the piezoelectric bodies 21A, 22A, 23A, 24A expand, the shaft 11 rotates in the α1 direction in FIG. 5B. Be made. When all the drive signals S2 are given to the piezoelectric bodies 21A, 22A, 23A, 24A at the same timing and the piezoelectric bodies 21A, 22A, 23A, 24A contract, the shaft 11 is rotated in the α2 direction in FIG. 5B. It is done. Thus, when the number of piezoelectric bodies 23A and 24A is increased, the shaft 11 can be driven with a larger driving force.

上記第1および第2の実施の形態では、駆動側となる圧電体21,22で直接的に駆動される台座13を立方体形状からなるものとして示して説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、その他例えば三角柱、五角柱などの多角柱、あるいは円柱などであってもよい。また圧電体の構成は、台座13の対称となる位置に対を成すように配置するものでなくてもよい。すなわち、台座13の側面に設けた各圧電体が同期して駆動されたときに、各圧電体からの駆動力が同じ軸回り方向に作用するように設けられた構成であればよい。   In the first and second embodiments, the pedestal 13 that is directly driven by the piezoelectric bodies 21 and 22 on the driving side is shown and described as having a cubic shape, but the present invention is limited to this. Other than that, for example, a triangular prism, a polygonal prism such as a pentagonal prism, or a cylinder may be used. Further, the configuration of the piezoelectric body may not be arranged so as to form a pair at a symmetrical position of the base 13. In other words, any configuration may be used as long as each piezoelectric body provided on the side surface of the base 13 is driven in synchronism with each other so that the driving force from each piezoelectric body acts in the same direction around the axis.

本発明の第1の実施の形態を示すアクチュエータの斜視図、The perspective view of the actuator which shows the 1st Embodiment of this invention, アクチュエータの駆動回路を示す構成図、Configuration diagram showing the actuator drive circuit, 駆動信号の実施の形態を示す波形図、Waveform diagram showing an embodiment of the drive signal, 駆動信号の他の実施の形態を示す波形図、Waveform diagram showing another embodiment of the drive signal, 駆動信号に対する可動部材とシャフトとの関係を示す図、The figure which shows the relationship between the movable member with respect to a drive signal, and a shaft, 一対の圧電体と駆動回路との接続例を示す図、The figure which shows the example of a connection of a pair of piezoelectric material and a drive circuit, 一対の圧電体と駆動回路との接続例を示す図、The figure which shows the example of a connection of a pair of piezoelectric material and a drive circuit, 一対の圧電体と駆動回路との接続例を示す図、The figure which shows the example of a connection of a pair of piezoelectric material and a drive circuit, 一対の圧電体と駆動回路との接続例を示す図、The figure which shows the example of a connection of a pair of piezoelectric material and a drive circuit, 本発明の第2の実施の形態を示すアクチュエータの斜視図、The perspective view of the actuator which shows the 2nd Embodiment of this invention, 可動部材を除いた状態を示す図5Aの平面図、The top view of FIG. 5A which shows the state except a movable member,

符号の説明Explanation of symbols

10 アクチュエータ
11 シャフト
11a 雄ねじ
11b ストッパ
12 可動部材
12a 雌ねじ
12b ストッパ
13 台座
20 振動発生機構
21,22,23,24 単層型の圧電体
21A,22A,23A,24A 積層型の圧電体
26 固定部
40 駆動回路
41 定電流源
42 スイッチ
43 コンパレータ
44 増幅部(AMP)
45 バッファ回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Actuator 11 Shaft 11a Male screw 11b Stopper 12 Movable member 12a Female screw 12b Stopper 13 Base 20 Vibration generating mechanism 21, 22, 23, 24 Single layer type piezoelectric body 21A, 22A, 23A, 24A Multilayer type piezoelectric body 26 Fixed portion 40 Drive circuit 41 Constant current source 42 Switch 43 Comparator 44 Amplifier (AMP)
45 Buffer circuit

Claims (7)

軸線方向に延びて外周に雄ねじを有するシャフトと、前記シャフトが挿通されて前記雄ねじと噛み合う貫通孔が形成された可動部材と、前記シャフトの軸回り回転振動を与える振動発生機構と、前記振動発生機構に所定の駆動信号を与えて駆動する駆動回路とを有し、
前記振動発生機構に、膨張と収縮で前記シャフトに軸線周りの正方向への回転力と逆方向への回転力を与える複数の圧電素子が設けられ、前記駆動回路から複数の前記圧電素子に同じ駆動信号が同期して与えられ、複数の前記圧電素子が同時に膨張し且つ同時に収縮して、前記シャフトに正方向への回転力と逆方向への回転力が繰り返して与えられ、
正方向への回転力を与える時間と逆方向への回転力を与える時間との一方の時間が他方の時間よりも短く設定されて、前記可動部材が軸線方向へ移動させられることを特徴とするアクチュエータ。
A shaft extending in the axial direction and having a male screw on the outer periphery, a movable member formed with a through hole through which the shaft is inserted and meshed with the male screw , a vibration generating mechanism that applies rotational vibration around the shaft axis , and the vibration A drive circuit that drives by generating a predetermined drive signal to the generation mechanism ,
The vibration generating mechanism is provided with a plurality of piezoelectric elements that apply a rotational force in the forward direction and a rotational force in the reverse direction around the axis to the shaft by expansion and contraction, and the same from the drive circuit to the plurality of piezoelectric elements A driving signal is given synchronously, a plurality of the piezoelectric elements expand and contract simultaneously, and a rotational force in the forward direction and a rotational force in the reverse direction are repeatedly applied to the shaft,
One of the time for applying the rotational force in the forward direction and the time for applying the rotational force in the reverse direction is set shorter than the other time, and the movable member is moved in the axial direction. Actuator.
対を成す前記圧電素子のそれぞれの先端が前記シャフトの基部に取り付けられ、前記圧電素子のそれぞれの基端が固定され、
一方の圧電素子の先端と前記基部との連結部と、他方の圧電素子の先端と前記基部との連結部が軸線を挟む位置に有り、一方の圧電素子と他方の圧電素子の伸縮方向が互いに平行である請求項1記載のアクチュエータ。
Each distal end of the piezoelectric element forming a pair is attached to the base of the shaft, and each proximal end of the piezoelectric element is fixed,
The connecting portion between the tip of one piezoelectric element and the base, and the connecting portion between the tip of the other piezoelectric element and the base are positioned so as to sandwich the axis, and the expansion and contraction directions of the one piezoelectric element and the other piezoelectric element are mutually The actuator according to claim 1, which is parallel .
前記圧電体が、一枚の圧電素子からなる単層型、または複数の圧電素子が積層された積層型である請求項1または2記載のアクチュエータ。 3. The actuator according to claim 1, wherein the piezoelectric body is a single layer type composed of a single piezoelectric element or a multilayer type in which a plurality of piezoelectric elements are laminated. それぞれの前記圧電素子は、板状で分極方向が板厚方向に向けられて、両表面に電極が設けられており、前記シャフトの基部に導電性の台座が設けられ、それぞれの圧電素子の一方の電極が台座を介して導通され、それぞれの圧電素子の他方の電極に駆動信号が与えられる請求項1または2記載のアクチュエータ。 Each of the piezoelectric elements is plate-shaped, the polarization direction is directed in the plate thickness direction, electrodes are provided on both surfaces, and a conductive pedestal is provided at the base of the shaft. 3. The actuator according to claim 1, wherein the first electrode is electrically connected to the other electrode of the respective piezoelectric elements through a pedestal . 前記駆動回路は充電用コンデンサを有し、前記充電用コンデンサへの充電と放電を繰り返すことで、前記駆動信号が生成される請求項1ないし4のいずれかに記載のアクチュエータ。 The actuator according to any one of claims 1 to 4, wherein the drive circuit includes a charging capacitor, and the driving signal is generated by repeatedly charging and discharging the charging capacitor . 前記貫通孔の内面雌ねじが形成されており、前記雄ねじと前記雌ねじとの間で且つ前記軸線方向と直交する径方向クリアランスが設けられている請求項1ないし5のいずれかに記載のアクチュエータ。 Said being internally threaded on the inner surface of the through hole is formed, the actuator according to any one of the claims 1 provided clearance and a radial direction perpendicular to the axial direction between the male thread and the female screw 5 . 前記可動部材の基部と前記シャフトの外面に、互いに掛止し合うストッパがそれぞれ設けられている請求項1ないし6のいずれか記載のアクチュエータ。   The actuator according to any one of claims 1 to 6, wherein stoppers that engage with each other are provided on a base portion of the movable member and an outer surface of the shaft.
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